功能性磁共振頻譜(functional Magnetic Resonance Spectroscopy， fMRS)為在磁共振掃描的過 程中，讓受試者接受外在刺激下，測量大腦代謝物之訊號，並將訊號經過後處理傅立葉轉換成 頻譜資訊來分析大腦的代謝產物是否會因為外在刺激，而產生相對應的代謝物濃度變化。然而，
代謝物本身濃度較水濃度低，其分子結構與化學環境等因素使得頻譜具有複雜的譜線，讓磁共 振頻譜的在量測代謝物時，較磁共振影像的敏感度更低，但由於影像系統穩定度的改良與磁共 振頻譜處理軟體的廣泛應用，從複雜譜線中分析出各種代謝物並量化其濃度的技術越趨穩定。
隨著功能性磁共振影像(functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI)已廣泛的作為許多社會 科學領域的研究工具，功能性磁共振頻譜也開始有ㄧ些研究成果的發表。
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圖 1-3 頻譜座標上之關聯性
相位循環(Phase cycling)
當接收一 FID 訊號時，因線圈接收的電子訊號常有一直流偏移量(DC offset)，訊號經由傅立葉 轉換後的頻譜會在頻譜中央有一峰值，圖 1-4。為了消除此訊號偏移量所造成不必要的峰值，
分別讓射頻脈衝打至 X-Y 平面上不同的軸上，例如兩次的量測分別打至 X、-X 所測得的訊號，
將其中一 FID 乘上-1 並將兩者 FID 相加後 FT 轉換即可得到消除頻譜的的中央峰值的頻譜，圖 1-5。
圖 1-4 DC offset 所造成頻譜中央的峰值
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N-acetyl aspartate(NAA)
乙酰天門冬氨酸，其在頻譜的共振位置為 2.01ppm，大腦頻譜為顯著代謝物之一，然而 NAA 在大腦裡的功能目前還未知，通常健康的大腦 NAA 具有一定的濃度，因此可以透過了解 NAA 在大腦的濃度判別是否發生神經元受損。
total Creatine(tCr)
tCr 主要為 Creatine(Cr)及 Phosphocreatine(PCr)兩種代謝物的合稱，分別在共振頻譜的峰值位置 為 3.03ppm 及 3.93ppm，而 total creatine 在大腦的濃度為相對恆定，不受年齡和其他症狀所影 響，因此常作為內部參考濃度。
total Choline(tcho)
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由 choline、Phosphorylcholine 及 Glycerophosphorylcholine 所組成，濃度約為 1~2mM，共振位 置為 3.2ppm。
Glutamate (Glu)、Glutamate+Gltamine (Glx)
Glutamate 為大腦主要的神經傳導物質，在大腦活動時會扮演重要角色，但由於 Glu 和 Gln 化 學結構相似，不但具有複雜的磁振頻譜，通常頻譜上多有重疊，在 3T 磁場的情況下不易分辨 出 Glu 及 Gln，因此量化時常將 Glu 及 Gln 合併而稱為 Glx。
1-2 文獻回顧
血氧相依對比濃度(Blood Oxygenation Level-Dependent，BOLD)在 1990 年時，由 S. Ogawa 等 人[2]在貝爾實驗室在 7T 的磁振造影下透過改變老鼠所吸入的氧氣濃度含量不同，而有不同的 此為頻譜上的血氧相異對比濃度對頻譜的影響。2005 年 P.Sarchielli 等人的研究[6]利用磁振頻
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PRESS(Position Resolved Spectroscopy)脈衝序列 TE/TR=144/200 ms，讓受試者戴上護目鏡並給 予 8Hz 的紅色閃光的視覺刺激並比較之間的代謝物濃度變化有哪些差異，該研究發現有偏頭 痛症狀的受試者在接收視覺刺激時，NAA 代謝物有下降的趨勢(-14.61%)。S.Mangia 等人[7]在 2007 年在 7T 的磁場下檢測 12 位受試者頻譜，並以 5.3min(兩次 ON，
ON-OFF-ON-OFF)、10.6min(一次 ON，ON-OFF)兩種不同視覺刺激長度來做對照。利用 EPI 影像技術及 8 個視覺試驗(5secs stim ON，22.5secs stim OFF)來選擇受試者 VOI，以 STEAM 脈 衝序列 TE/TR=6/5000ms 取得功能性磁振頻譜並以 LCModel 量化個別受試者及群體不同時間 解析度(20secs、160secs)之頻譜其結果為:Lac(+23%±5%，p<0.0005)、Glu(+3%±1%，p<0.01)、
Asp(-15%±6%，p<0.05)，單一頻譜之 SNR 介於 20~25 之間。
2012 年 Y. Lin 等人[8]在 7T 的磁共振系統上，分別以兩種不同時間視覺刺激模式檢測 10 位受 試者代謝物濃度變化。以 99 秒的 block 為一個單位:第一種視覺刺激為 rest(4block) – ON
(8block) – recovery (12block)；第二種為 OFF(6block) – ON (6block) – OFF (6block )- ON (6block)，
受試者皆進行兩種視覺刺激模式。在掃描磁振頻譜前，使用測試視覺刺激 ON (4.4sec) –OFF (28.6sec)重複 8 次，再利用 EPI (Echo Planar Imaging)將大腦受視覺刺激時有 BOLD 反應的視覺 區區塊選出再進行磁振頻譜掃描。掃描磁振頻譜參數:VOI:2×2×2cm3，STEAM(Stimulated Echo Acquisition Mode)序列，TE/TR=15/3000ms。透過 32 張頻譜平均的 NAA 代謝物訊雜比
SNR(Signal to noise ratio)約在 43~58 之間；在單一視覺刺激的分析結果為:Glu(+2%±1%，
0.22𝞵mol/g，p<0.05)、Asp(-9%±8%，0.32 𝞵mol/g，P<0.05)、Lac(+10%±6%，0.1 𝞵mol/g，p<0.05)。
在第一種的視覺刺激下，將 ON(8block)拆解成兩個 4block 分析，發現在前面的 4 個 block，Lac 的增加量為(26%±7%，~0.2 𝞵mol/g，p=0.038)。與 8 個 block 分析的增加量較為多。第二種視 覺刺激主要目的為確認是否在接收兩個 on(6block)的重複刺激下的濃度改變是否能對應第一種 視覺刺激，分析結果為:Glu(+3%±1%,p=0.021)、Asp(-10%±7%，p=0.044)、Lac(+9%±7%，p=0.015)，
並發現 Lac 在第一次刺激上升較多(30%±7%，0.21 𝞵mol/g，p=0.038)而第二次刺刺激 Lac 則無 明顯增加，此外 Glu 及 GHS(Glutathione)則是在第二次的刺激下代謝物濃度較第一次刺激依序
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多了 1%及 3%左右，該研究推測 Glu 及 GHS 有較緩慢的回復速率。
然而探討腦區的代謝物變化，並非只限定視覺的刺激。2014 年 B.Schaller 等人[9]在 7T 的磁振 造影裡以螢幕提供 1~4 的數字(每個數字代表手指的編號)讓受試者以固定 3Hz 的頻率從小拇指 到食指做規律的點壓運動，並檢測有無手指運動的狀況下磁振頻譜代謝物是否有增減。在掃描 磁振頻譜前，先測試手指運動(20s ON, 20s OFF)並以功能性磁振造影 EPI 序列將有活動的腦區 定位，以 SPECIAL(SPin ECho, full Intensity Acquired Localized)序列做頻譜掃描，參數:TR/TE=
7500/12 ms，頻寬:4000Hz，VOI=17×20×17mm3。實驗發現在受試者做手指點壓運動時，
Lac(+17%±5%，p<0.001)及 Glu(+2%±1%，p<0.005)代謝物仍有增加的現象。
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1-3 研究動機
在以上許多文獻上提到的功能性磁共振頻譜實驗中，透過視覺刺激，會造成大腦會代謝物濃 度的變化，主要是 Glu(+2~3%)、Asp(-10%)、Lac(+10~20%)，同樣的結果在動手指實驗[8]也有 同樣的發現，但這些研究主要在高磁場(7T)下測量出，因此本研究的目的為測試是否功能性磁 共振頻譜實驗在 3T 磁場下是否可行，一般的核磁共振主磁場強度也都以 3T 居多，因此我們 希望以 3T 磁場下來研究功能性磁共振頻譜的可行性，如果能在 3T 磁共振系統下進行，將有 較多的研究議題可進行。在 3T 磁場下主要的限制在於，訊號強度將會較弱，需要以較多的平 均方式進行掃描，另外由於陣列線圈的使用，可以改善磁共振頻譜的訊雜比，因此功能性磁共 振頻譜在 3T 是有可行的可能性的。另外由於時間解析度對於功能性磁共振頻譜相當重要，但 時間解析度會受到相位循環影響，我們因此也測試了相位循環對於頻譜量化的影響，因此我們 分別進行無相位循環及相位循環兩種實驗模式，並比較結果。
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